III. Расчёт теплообменного аппарата.

Вариант.

Исходные данные

1. Температура окружающей среды t_нар = ^oC.

2. Давление окружающей среды B = гПа.

3. Необходимая t в салоне t_вн = ^oC.

4. Кратность циркуляции z = 1/ч.

5. Размеры салона l * b * h = м * м * м.

6. Схема теплообменого аппарата:

7. Скорость движения воздуха относительно наружной поверхности салона W= м/с.

8. Коэффициент избытка воздуха α =.

 

 

I. Расчёт теплового баланса салона транспортного средства.

Таблица 1.

dвн, мм	dнар, мм	δстекла, мм	δ1, мм	δ2, мм	δ3, мм	λстали, Вт/(м*К)	λстали, Вт/(м*К)	λстали, Вт/(м*К)	λстали, Вт/(м*К)

 

Таблица 2.

Q0, кВт	Qс, кВт	Qв, кВт	αн,	αв,	1/αн,	1/αв,	δ1/ λ1,	δ2/λ2,	δ3/ λ3,	δстекла/ λстекла,

 

Таблица 3.

gCO2

gH2O

gO2

gN2

Tz, К

t1’, oC

t1’’, oC

α1,

α2,

k,

l', м

F, м2

F0/F

 

 

Q₀ – Q_с – Q_в = 0.

Q₀ – теплопроизводительность системы отопления;

Q_с – тепловой поток, отводимый через пол, стенки и стекла салона автобуса.

Q_в – тепловой поток, удаляемый из салона вместе с выходящим наружу воздухом.

. k_i – коэффициент теплопередачи i-го участка, F_i – площадь i-го участка, Δt – разность температур воздуха внутри салона и снаружи.

α_вi и α_нi – коэффициенты теплоотдачи на внутренней и наружной поверхностях участка стенки; m – число слоёв на данном участке; δ_i, λ_i – тол-

щина и коэффициент теплопроводности i-го слоя.

α_вi = α_в = __ Вт/(м² * К). α_нi = α_н.

Найдём α_н.

, если и , если .

ν, λ при температуре окружающей среды t_нар = __^оС: t₁ = __^oC, ν₁ = __ м²/с, λ₁ = ___.

t₂ = __C, ν₂ = __ м²/с, λ₂ = ___.

ν = __*(__ – (__ – ___)*__) = __ м²/c.

λ = __ – (__ – __)*__ = __ Вт/(м*К).

w = __ м/с, l = __ м. => Re_ж,l = __*__/__ = __.

Re_ж,l >> __*__ => Nu_ж,l = __*(__*__)^__ =__.

α_н = __ * __ / __ = __ Вт/(м²*К).

Q_c = Q_п + Q_ст. Q_п – тепловой поток, отводимый через пол и стенки, Q_ст – тепловой поток, отводимый через стекла.

Q_п = k_п*0,7*F*(t_вн – t_нар), k_п - коэффициент теплопередачи пола и стенок, F – площадь поверхности салона автобуса.

Q_ст = k_ст*0,3*F*(t_вн – t_нар), k_п - коэффициент теплопередачи стёкол.

F = __*_*_ + _*_*_ + _*_*_ = _ м­².

Q_п = __*__*__*__ =__ Вт.

Q_ст = __*__*__*__ = __ Вт.

Q_с = __ + __ = __ Вт.

 

, где C_рв – средняя массовая изобарная теплоёмкость, А_в – объёмный расход воздуха, ρ_в – плотность воздуха в салоне.

C_pв = __ + __*__ = _ кДж/(кг*К).

А_в = V * z / 3600, V – объём рассматриваемого салона автомобиля.

V = _ * _ * _ = _ м³.

А_в = _ * _ / _ = _ м³/с.

ρ_в = _ * _ / (_ * _) = _ кг/м³.

Q_в = _ * _ * _ * _ = _ кВт.

Q₀ = _ + _ = _ кВт.

 

II. Расчёт процесса сгорания.

II. I. Определение расхода топлива.

, где η₀ = 0,8 – к.п.д. подогревателя, кДж/кг – низшая теплота сгорания дизельного топлива.

кг/ч.

 

II.II. Определение расхода воздуха в подогревателе.

- теоретически необходимое количество воздуха для сгорания 1 кг топлива.

С^p = 0,87, H^p = 0,13, S^p = 0, O^p = 0 – массовые доли углерода, водорода, серы и кислорода в используемом топливе.

.

Действительный расход воздуха, поданного для сжигания топлива:

G_возд = α * *G_т.

G_возд = __ * __ * __ = __ кг/ч.

 

II.III. Определение состава продуктов сгорания.

Определим массовые доли CO₂, H₂O, O₂, N₂ в продуктах сгорания.

m_п.сг. = __ + α* = __ + __*__ = __

 

II.IV. Определение теоретической температуры продуктов сгорания.

ξ * +Q_ок = Q_п.сг. – уравнение теплового баланса, где ξ = __ - коэффициент полноты тепловыделения, =__ кДж/кг – низшая теплота сгорания топлива, Q_ок – теплота, вносимая окислителем (воздухом), Q_п.сг. – теплота, полученная продуктами сгорания.

Q_ок =С_pв * α * * T_нар. T_нар = __ + __ = __ К.

C_pв = __ кДж/(кг*К).

Q_ок = __*__*__*__ = __ кВт.

Q_п.сг. = C_{р. п.сг.} * m_п.сг. * T_z. T_z -?

C_п.сг. будет представлена в виде

C_п.сг. = A + B*T_z.

A = Σ g_i*a_i, где g_i – массовые доли компонентов в продуктах сгорания, a_i – первое слагаемое в формуле средних массовых изобарных теплоёмкостей. (приложение 1 методических указаний)

B = Σ g_i*b_i, где b_i – множитель второго слагаемого в формуле средних массовых изобарных теплоёмкостей.

A = __*__ + __*__ + __*__ + __*__ = __.

B = __*(__*__+ __*__+ __*__ + __*__) = __.

C_п.сг. = __ + __T_z.

ξ * +Q_ок = Q_п.сг. примет вид

__*__ + __ = (__ + __T_z)*__*T_z,

__*T_z² + __*T_z – __ = 0; T_z = __ K.

III. Расчёт теплообменного аппарата.

Тепловой поток, получаемый холодным теплоносителем от горячего

Q₀ = __ кВт.

Рассчитаем коэффициенты теплоотдачи α₁ и α₂ по формуле

, λ_1ж = 0,426 (коэффициент теплопроводности ОЖ при t = 80^oC), λ_2ж = 0,02593 (коэффициент теплопроводности воздуха при t = 19^oC)

, где ν_ж = 1,6*10^-6 м²/c.

, где m₁ = 1,33 кг/с – массовый расход горячего теплоносителя, ρ_ж =__ кг/м³ – плотность ОЖ, м² – площадь поперечного сечения трубы.

, ν_ж = __ м²/c.

, ν_c = __*10^-6 м²/c.

м/с.

(за определяющий размер принимаем d_вн = 0,1 м)

.

Найдём α₁.

.

Найдём α₂.

(для теплоотдачи при естественной конвекции)

.

, ν_ж = __ м²/c – коэффициент кинематической вязкости воздуха при t_вн = __^oC, a_ж = __ м²/c – коэффициент температуропроводности воздуха при t=__^oC.

За определяющий размер принимаем d_нар = __ м.

β = 1/T = 1/__ = __ – коэффициент объёмного расширения.

Δt = t_с – t_ж = __ – __ = __^oC – разность температур между жидкостью и омываемой поверхностью.

.

.

.

Учитывая,что (d_н/d_вн)<1,5, можно воспользоваться для расчёта коэффициента теплоотдачи формулой

δ=(d_вн – d_нар)/2 = (__ – __)/2 = __, λ_стали = __ Вт/(м*К).

Воспользовавшись уравнением теплового баланса

вычисляем конечную температуру горячего теплоносителя:

=__ ^oC – температура горячего теплоносителя на входе, C_р1 = __ кДж/(кг*К) – массовая теплоёмкость ОЖ при постоянном давлении.

Вычислим средний логарифмический температурный напор:

Δt_б = t₁^’ – t_вн = __ – __ = __^oC.

Δt_c = t₁^’’ – t_вн = __ – __ = __^oC.

Из уравнения теплопередачи

Q₀ = k * F * Δt_ср

найдём требуемую площадь теплообменника

Рассчитываем требуемую длину обогревательной трубы:

Проверяем неравенство l’>(2*l + b):

__ > __ + __

__ > __ => отопительная труба оребряется

Неоребрённая поверхность отопительной трубы:

F₀ = (2*l + b)*π*d_н,

F₀ = (__ + __)*__*__ = __ м².

Количество рёбер:

F_p – боковая поверхность ребра.

η­_p = __ – КПД ребра, учитывающий изменение температуры по высоте.